Zkoumání kortikální excitability a kognitivní funkce pomocí TMS

Celkem bude k účasti v této studii vybráno 60 účastníků. Cílem vyšetřovatelů je získat 30 pacientů s MCI a 30 zdravých dospělých osob stejného věku. Věkové rozmezí pro zařazení bude 18-80 a průměrný věk zdravé kohorty bude odpovídat průměrnému věku MCI kohorty. Budou použita následující revidovaná kritéria Mayo Clinic pro MCI: (1) kognitivní obavy vyjádřené lékařem, informátorem, účastníkem nebo sestrou; (2) poškození v 1 nebo více kognitivních doménách (paměť, jazyk, vizuoprostorové dovednosti nebo výkonné funkce); (3) v podstatě normální funkční činnosti; a (4) nepřítomnost demence. Jedinci s MCI budou mít skóre Mini-Mental State Exam (MMSE, příloha 19) mezi 18 a 23 (včetně) a skóre na stupnici klinické demence 0,5.

Tento protokol studie zahrnuje jednu testovací návštěvu, která se skládá ze čtyř samostatných složek: a) fMRI v klidovém stavu, b) paradigma TMS s jedním pulzem, c) paradigma rTMS s theta-burstem a d) krátký motorický úkol prováděný na iPadu.

Tyto úlohy se budou opakovat před a po paradigmatu rTMS shluku theta (c). Proto testovací návštěva je:

(a) --> (d) --> (b) --> (c) --> (b) --> (a) --> (d)

Tento protokol umožní výzkumníkům studovat následující před i po paradigmatu rTMS: 1) vzory konektivity zahrnující funkční sítě mozku, 2) měření kortikální dráždivosti odvozené od TMS s jedním pulsem a 3) rychlost motoru horních končetin a ostrost.

Transkraniální magnetická stimulace:

Magnetická stimulace bude prováděna pomocí vysoce výkonného MagPro X100 (MagVenture Inc. Dánsko) (příloha 11). Když přístroj TMS dodává podněty, pacienti mohou cítit a/nebo pocit cvaknutí/klepání pod cívkou. Účastníci dostanou špunty do uší jako další bezpečnostní opatření na ochranu sluchu během relace TMS. Před zahájením relace TMS se výzkumný tým ujistí, že se účastník v křesle TMS cítí co nejlépe.

Jednopulzní TMS paradigma:

Za prvé, zařízení bude muset být zkalibrováno pro každého jednotlivce, protože každý má jinou citlivost na magnetická pole generovaná TMS. Zařízení TMS bude zkalibrováno, aby bylo zajištěno, že účastník dostává nejnižší možnou „dávku“. Za tímto účelem bude cívka TMS umístěna na pokožce hlavy přímo nad oblastí mozku, která je zodpovědná za pohyby prstů, což je specifická oblast motorického kortexu umístěná na pre-centrálním gyru. Cívka TMS pak bude vydávat pulzy, které se postupně stupňují, dokud nedosáhne úrovně, která způsobí záškuby jejich ruky (konkrétně palce a ukazováčku). To bude vizuálně pozorováno a kvantitativně zaznamenáno pomocí elektromyografických (EMG) senzorů. Množství energie potřebné k škubání rukou se nazývá „prah motoru“ a u každého se liší. Tento „práh motoru“ bude poté použit ke kalibraci stroje pro protokol TMS.

Cívka TMS ve tvaru čísla osm bude držena nad motorickou kůrou v optimální poloze skalpu, aby se vyvolaly motoricky evokované potenciály (MEPs) v kontralaterálním prvním dorzálním mezikostním svalu (FDI). Kromě vizuálního pozorování pohybu prstů vyšetřovatelé také připojí elektrody povrchové elektromyografie (EMG) na kůži na pravé FDI. Elektrody budou detekovat jakoukoli aktivitu ve svalech, což poskytne přesnější měření pro osobní „motorický práh“. Přesné místo, které vyvolává motorickou odezvu v kontralaterálním FDI, se nazývá „horké místo“. Tato poloha bude zaznamenána pomocí 3D neuronavigačního systému TMS v reálném čase (Localite TMS Navigator, Německo, http://www.localite.de/en/products/tms-navigator/#c572) aby byla zajištěna konzistentnost testování v následujících testech. Localite je softwarový balík používaný ve spojení se zařízením TMS. Obsahuje infračervenou kameru pro záznam polohy TMS cívky vzhledem k hlavě účastníka. To umožňuje výzkumníkům spolehlivě umístit cívku na stejné přesné místo během relace.

Klidový motorický práh (RMT) je definován jako minimální intenzita stimulu, která vytváří liminální MEP (asi 50 μV v 50 % z 10 pokusů) v klidu. Aktivní motorický práh (AMT) je obecně definován jako minimální intenzita stimulu, která vytváří liminální MEP (asi 200 μV v 50 % z 10 pokusů) během izometrické kontrakce testovaného svalu. RMT i AMT budou vyjádřeny jako procento maximálního výkonu magnetického stimulátoru. Údaje RMT a AMT od jednotlivých účastníků budou sloužit jako základní měřítko excitability pro řízení intenzity našich následujících jednotlivých pulsů a opakovaných protokolů TMS. To bude provedeno pro levou hemisféru. Výzkumníci také použijí algoritmus sekvenčního testování odhadu parametrů (PEST) k efektivnější identifikaci RMT a AMT.

Poté, co je pro účastníka identifikován práh motoru a „horké místo“, bude cívka TMS umístěna nad „horké místo“, které bylo dříve zaznamenáno softwarem Localite Navigator, a nastaví intenzitu stimulu na 80 % účastníků jednoznačně identifikovaných AMT. . Pokud je například práh aktivního motoru konkrétního jedince určen jako 40 % maximálního výkonu MagPro, pak bude intenzita zařízení nastavena na 32 % maximálního výkonu pro protokol jediného pulzu (32 se rovná 80 % ze 40 % , v tomto příkladu AMT). V tomto okamžiku je aplikováno 8 pulzů TMS (oddělených 6 sekund), protože cívka TMS je upevněna na „horkém místě“. Tento krok se opakuje se zvyšujícími se přírůstky (tj. 10 % AMT) až do intenzity ekvivalentní 150 % AMT účastníka. Tento protokol se skládá ze 64 jednopulzových stimulů, které budou aplikovány opakovaně s odstupem 6 sekund. Tento postup je bezpečný a řídí se standardními protokoly TMS s jedním pulzem, které byly publikovány dříve.

Tento jednopulzní protokol TMS bude proveden dvakrát, a to jak před, tak po protokolu rTMS. Každý jednopulzní protokol TMS bude trvat přibližně 30 minut. Dohromady to odpovídá 128 stimulům během paradigmat „Single Pulses TMS“. V průběhu protokolu s jedním pulsem budou účastníci požádáni, aby se dotkli svých malíčků a palců, aby zajistili jemné dobrovolné stažení pozadí. To „usnadní“ motorickou dráhu a sníží práh intenzity stimulace v celém protokolu.

rTMS:

V protokolu opakovaného TMS (rTMS) bude použito vzorované paradigma rTMS nazývané intermitentní stimulace theta burstem (iTBS). iTBS se skládá ze tří bifázických stimulů TMS prezentovaných při 50 Hz, opakujících se každých 200 ms po dobu 2 sekund při intenzitě 80 % AMT (např. pokud je AMT určeno jako 40 % maximálního výstupu, TMS bude dodáno při 32 % pro tento protokol). Každý stimulační vlak bude tedy trvat dvě sekundy (30 stimulů na vlak) s mezivlakovým intervalem 8 s. Tento protokol rTMS se skládá z 10 cyklů iTBS, celkem 300 podnětů z magnetické cívky.

Během tohoto protokolu rTMS bude cívka umístěna nad "hotspot" levé hemisféry. Protokol rTMS bude proveden pouze jednou a bude trvat přibližně 10 minut.

Protokoly MRI:

K tomu dojde ve stejné budově, v místnosti sousedící se zařízením TMS. Pro svou bezpečnost budou účastníci požádáni, aby před vstupem do skenovací místnosti nechali všechny kovové předměty a osobní předměty (např. peněženku, telefon, šperky) v čekárně MRI centra. Účastníci budou požádáni, aby si lehli na záda a zůstali nehybní po dobu vyšetření magnetickou rezonancí. Dostanou špunty do uší, které tlumí hluk a chrání jejich sluch, když jsou ve skeneru. Pásek na suchý zip může být také umístěn přes čelo a budou poskytnuty pěnové polštáře pro minimalizaci pohybu hlavy během skenování. Vynaložíme veškeré úsilí, aby se účastníci během skenování cítili co nejpohodlněji, včetně přikrývek pro zahřátí a polštářů, které se umístí pod kolena/záda, aby se snížil stres z ležení na zádech.

Účastníci budou před skenováním upozorněni, že jejich účast je dobrovolná, a mohou kdykoli dát signál k zastavení skenování. Ve skeneru je interkomový systém, který účastníkům umožní komunikovat s technikem MRI a členem (členy) výzkumného týmu po celou dobu, kdy jsou ve skeneru. Navíc budou moci kdykoli okamžitě zastavit vyšetření, a to buď zmáčknutím signální koule umístěné v ruce, která upozorní technika magnetické rezonance v kontrolní místnosti, nebo zvednutím nohou, což experimentátor uvidí. ve velínu.

Důležité je, že v našem sběru dat z MRI nebude použita žádná kontrastní látka. Také všechna data MRI budou získávána v „klidovém stavu“, takže účastníci budou požádáni, aby se uvolnili a zůstali nehybní po dobu trvání skenování.

Konkrétněji, data MRI budou shromažďována na magnetu Siemens 3.0 Tesla Skyra Magnet vybaveném 32kanálovou hlavovou cívkou. Celková doba skenování bude 30 minut. Pořadí sekvencí bude následující: lokalizační sken (62 sekund), strukturální MPRAGE (9 minut), klidový sken fMRI (5 minut) a sken difuzního tenzoru (DTI) (14 minut). Lokalizátor bude shromažďován pomocí následujících parametrů – směr: nižší než vyšší, TR= 8,6 ms, čas echa (TE)=4,0 ms, úhel převrácení = 20, FOV=250 mm, 5 řezů, tloušťka řezu 7 mm. Strukturální snímky s vysokým rozlišením budou pořízeny pomocí sekvence SPGR (TR = 22 ms; TE = 5,4 ms; FOV = 25,6 cm; úhel převrácení = 20°; velikost matice v rovině = 256 x 256) ; tloušťka řezu= 1 mm; počet řezů= 172). Data fMRI v klidovém stavu celého mozku budou shromažďována pomocí T2* váženého echo-planárního zobrazování (EPI) (TR= 1,5 s; TE= 30 ms; FOV= 25,6 cm; úhel převrácení= 90°; velikost matrice v rovině= 64 x 64; tloušťka řezu = 4 mm), což vede k funkčním datům z 39 axiálních řezů s izotropními voxely 4 mm3. Během skenování fMRI v klidovém stavu budou účastníci fixovat nitkový kříž s otevřenýma očima. DTI snímky budou pořízeny v axiální rovině pomocí difúzně citlivé paralelní EPI sekvence, která měří difúzi v 86 směrech (b-faktor= 1000 s/mm2; TR= 7s; TE= 82,5 ms; zorné pole (FOV)= 25,6 cm , matice= 128 x 128, 2mm prokládané řezy; paralelní faktor zrychlení= 2).

Data fMRI v klidovém stavu budou předzpracována pomocí potrubí (http://wiki.biac.duke.edu/biac:analysis:resting_pipeline) a nástroje v Oxford Center for Functional MRI z Brain Software Library (FSL verze 5.0.5, www.fmrib.ox.ac.uk/fsl). Kroky předběžného zpracování zahrnují korekci v čase řezu, MCFLIRT pro korekci pohybu, Brain Extraction Tool (BET) pro extrakci mozku a FLIRT pro normalizaci na šablonu MNI 152 T1 (Montreal Neurological Institute, Montreal, Kanada). Vyšetřovatelé budou regresovat signál z bílé hmoty a mozkomíšního moku na základě masek vytvořených v FSL FAST a vyhlazených dat pomocí 5 mm jádra pomocí FSL SUSAN. Časová pásmová propust omezí data na frekvence v pásmu 0,001 až 0,08 Hz. Podle doporučení Powera et al. budou vyšetřovatelé provádět pohybové scrubbing s použitím prahu posunutí po snímku 0,5 a prahu odchylky časového průběhu (DVARS) 0,5 %

Měření chování: Motorický úkol

Výzkumníci budou používat iPady vybavené digitálním počítačovým softwarem Cantab (Cambridge Cognition Ltd., Anglie) pro naše behaviorální měření. Cantab je cloudový počítačový software pro kognitivní hodnocení, který je dobře ověřeným nástrojem pro akademický výzkum. Vyšetřovatelé hodlají použít 1) Motor Screening Task, 2) Paired Associates Learning Test (na tabletu) k měření funkcí motoru a paměti.

Úloha Motor Screening vyžaduje, aby se účastníci dotkli blikajícího křížku, který je zobrazen na různých místech na obrazovce. Mezi výsledky měření patří přesnost ukazování a reakční doba.